问题 解答题
设x1,x2是f(x)=
a
3
x3+
b-1
2
x2+x(a,b∈R,a>0)
的两个极值点,f(x)的导函数是y=f′(x)
(Ⅰ)如果x1<2<x2<4,求证:f′(-2)>3;
(Ⅱ)如果|x1|<2,|x2-x1|=2,求b的取值范围;
(Ⅲ)如果a≥2,且x2-x1=2,x∈(x1,x2)时,函数g(x)=f′(x)+2(x-x2)的最小值为h(a),求h(a)的最大值.
答案

(I)证明:f′(x)=ax2+(b-1)x+1,x1,x2 是方程f′(x)=0的两个根,

f(x)在(x2,+∞)上单调增,其导函数大于0,f(x)在(x1,x2)上单调递减,其导函数小于0,

由x1<2<x2<4且a>0

f′(2)<0
f′(4)>0
可得
4a+2b-1<0①
16a+4b-3>0②
        (2分)

①×(-3)+②得4a-2b>0,

∴f′(-2)=4a-2(b-1)+1=4a-2b+3>3;

(Ⅱ)由第(1)问知

x1+x2=-
b-1
a
x1x2=
1
a
由x1x2≠0,两式相除得

-(b-1)=

x1+x2
x1x2
=
1
x1
+
1
x2
 即b=-
1
x1
-
1
x2
+1     (4分)

①当0<x1<2时,由x1x2=

1
a
>0,

∴x2-x1=2 即x2=x1+2

∴b=-

1
x1
-
1
x1+2
+1,x1∈(0,2)(5分)

令函数φ(x)=-

1
x
-
1
x+2
+1(x>0),则φ′(x)=
1
x2
+
1
(x+2)2

∴φ(x)在(0,+∞)上是增函数;

∴当x1∈(0,2)时,b=φ(x1)<φ(2)=-

1
2
-
1
4
+1=
1
4
,即b<
1
4
  (7分)

②当-2<x1<0时,x2<0,∴x1-x2=2 即x2=x1-2

∴b=-

1
x1
-
1
x1-2
+1,x1∈(-2,0)

令函数ω(x)=-

1
x
-
1
(x-2)2
+1(x<0)则同理可证ω(x)在(-∞,0)上是增函数

∴当x1∈(-2,0)时,b=ω(x1)>ω(-2)=

7
4

综①②所述,b的取值范围是(-∞,

1
4
)∪(
7
4
,+∞);

(Ⅲ)f′(x)=0的两个根是x1,x2

∴可设f′(x)=a(x-x1)(x-x2

∴g(x)=a(x-x1)(x-x2)+2(x-x2)=a(x-x2)(x-x1+

2
a
) (10分)

又x∈(x1,x2) 又a≥2,

∴x-x1+

2
a
>0

∴|g(x)|=|a(x-x2)(x-x1+

2
a
)|=a(x2-x)(x-x1+
2
a

≤a(

x2-x1+
2
a
2
)2=a(1+
1
a
2=a(1+
1
a
2=a+
1
a
+2,g(x)≥-(a+
1
a
+2)

当且仅当x2-x1=x-x1+

2
a
即x=即x=
x1+x2
2
-
1
a
时取等号

∴h(a)=-(a+

1
a
+2),(a≥2)

当a≥2时,h′(a)=-(1-

1
a2
)<0

∴h(a)在(2,+∞)上是减函数. 

∴h(a)=h(2)=-

9
2

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